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Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 803 (2022) Citar este artigo

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As expectativas para o transplante de células-tronco/progenitoras neurais (NS/PC) como tratamento para lesão da medula espinhal (LM) estão aumentando. No entanto, ainda não se sabe se e como as células enxertadas são incorporadas ao circuito neural do hospedeiro e contribuem para a recuperação da função motora. O objetivo deste projeto foi estabelecer um novo sistema de imagem in vivo não invasivo para visualizar a atividade de enxertos neurais pelo qual podemos demonstrar simultaneamente a integração em nível de circuito entre o enxerto e o hospedeiro e a contribuição da atividade neuronal do enxerto para o comportamento do hospedeiro . Introduzimos Akaluc, uma luciferase recentemente projetada, sob o controle do elemento responsivo à atividade sináptica aprimorada (E-SARE), um potente promotor sintético dependente da atividade neuronal, em NS/PCs e enxertamos as células em camundongos modelo SCI. Por meio do uso desse sistema, descobrimos que a atividade das células enxertadas foi integrada ao comportamento do hospedeiro e conduzida pelas entradas do circuito neural do hospedeiro. Espera-se que este sistema não invasivo ajude a elucidar o mecanismo terapêutico do tratamento de transplante de células para SCI.

A lesão da medula espinhal (LM) resulta em disfunção neurológica grave, incluindo paralisia motora, sensorial e autonômica. Nos últimos anos, foram feitas muitas tentativas para desenvolver terapias de transplante de células para promover a regeneração da medula espinhal danificada. Células-tronco/progenitoras neurais (NS/PCs) são alguns dos recursos mais promissores para tais terapias1,2,3. Vários mecanismos subjacentes putativos foram sugeridos, incluindo a substituição celular por neurônios derivados de NS/PC enxertados, astrócitos e oligodendrócitos; suporte trófico; e remielinização axonal4,5,6. Além disso, vários estudos propuseram que os enxertos NS/PC podem formar relés neuronais em locais de transecção espinhal7,8,9, ou seja, combinar entrada da parte rostral do hospedeiro para o enxerto e saída do enxerto para a parte caudal; acredita-se que esses processos desempenhem um papel importante na recuperação funcional. No entanto, uma caracterização detalhada da retransmissão neuronal não foi realizada e como o enxerto se integra funcionalmente ao circuito neural do hospedeiro é pouco compreendido. Isso ocorre principalmente porque nenhuma tecnologia atual pode monitorar diretamente as relações entre a atividade da célula do enxerto e os comportamentos e atividades no nível do circuito do hospedeiro. Para elucidar a coordenação funcional hospedeiro-enxerto e avaliar como o enxerto influencia a atividade do circuito neural do hospedeiro e o comportamento do hospedeiro, é necessária uma nova técnica de imagem in vivo não invasiva para monitorar a atividade dos neurônios do enxerto ao longo do tempo dentro do hospedeiro vivo.

Para realizar tal sistema de monitoramento in vivo, nos concentramos em duas novas tecnologias. O primeiro foi o sistema AkaBLI (uma combinação da enzima AkaLuc e AkaLumine-HCl como substrato com alta permeabilidade)10,11. A imagem de bioluminescência (BLI) é um método não invasivo para medir a saída de luz de células que expressam a enzima luciferase após a administração de luciferina (substrato) em animais vivos12. AkaBLI é um sistema BLI redshifted recém-desenvolvido que produz espectros de emissão brilhante e permite imagens de tecidos profundos em animais vivos10, que é o mais apropriado para monitoramento não invasivo de campo amplo da expressão gênica de células de enxerto em medula espinhal lesionada. O segundo foi o elemento responsivo à atividade sináptica aprimorada (E-SARE), um potente promotor sintético dependente da atividade neuronal13. Quando um neurônio se torna ativo, ele ativa genes precoces imediatos (IEGs), como Fos, Arc e Egr1, mesmo em neurônios da medula espinhal, e os promotores/intensificadores de IEGs são usados ​​como sistemas repórteres dependentes de atividade14,15. Entre esses promotores está o promotor sintético E-SARE, que é baseado no elemento intensificador SARE do promotor Arc e dirige a expressão gênica dependente de atividade neuronal significativamente superior à de qualquer outro promotor IEG existente.